一種高強(qiáng)度高塑性Mg-Zn-Al-Sn鎂合金的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種高強(qiáng)度高塑性Mg-Zn-Al-Mn鎂合金，按質(zhì)量計(jì)由以下組分組成：Sn：0.5％～2.0％，Zn：3.0％～6.0％，Al：1.0％～3.0％，其余為Mg；該鎂合金由以下方法制得：首先按配比選取料并冶煉鑄造得到合金鑄錠，然后于250～350℃將鑄錠擠壓成為板材，最后采用雙級(jí)固溶+單級(jí)時(shí)效方式進(jìn)行熱處理得成品。本發(fā)明的鎂合金中加入鋅、鋁、錫，可以生成Mg2Sn、Mg32(Al/Zn)49相，改善合金的強(qiáng)度及塑形；本發(fā)明采用雙級(jí)固溶+單級(jí)時(shí)效方式進(jìn)行熱處理，可以促進(jìn)Mg-Zn相和Mg2Sn相的析出，通過(guò)第二相強(qiáng)化和固溶強(qiáng)化提高合金的綜合力學(xué)性能。
【專(zhuān)利說(shuō)明】-種高強(qiáng)度高塑性Mg-Zn-Al-Sn鎂合金

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于鎂合金領(lǐng)域，涉及Mg-Zn-Al-Sn合金，特別涉及一種高強(qiáng)度高塑性 Mg-Zn-Al-Sn 鎂合金。

【背景技術(shù)】
[0002] 鎂合金具有低的密度、高的比強(qiáng)度和比剛度、優(yōu)良的阻尼性能、良好的減震性能和 降噪性能以及防磁、屏蔽、散熱、易切削加工、可以回收再利用且對(duì)環(huán)境沒(méi)有污染等一系列 優(yōu)良特性，是目前工業(yè)應(yīng)用中最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，在汽車(chē)、電子、電器、交通、航空航天和 國(guó)防、軍工領(lǐng)域具有極其重要的應(yīng)用價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景，尤其在輕量化方面，具有難以 替代的顯著優(yōu)勢(shì)，可以明顯減輕重量、節(jié)省燃油消耗。然而，鎂的晶體結(jié)構(gòu)為密排六方，滑移 系少，變形主要是通過(guò)基面滑移和錐面孿生實(shí)現(xiàn)，塑性變形能力差，絕對(duì)強(qiáng)度低，大大限制 了其在結(jié)構(gòu)件上的應(yīng)用范圍。
[0003] 商用鎂合金可以分為鑄造鎂合金和變形鎂合金。鑄造鎂合金晶粒粗大，成分偏析 比較嚴(yán)重，性能較差，不能承受復(fù)雜載荷以及體積相對(duì)較小，應(yīng)用范圍狹窄難以滿(mǎn)足市場(chǎng)發(fā) 展應(yīng)用需求。與鑄造鎂合金相比，變形鎂合金則具有優(yōu)良的綜合性能，具有高的強(qiáng)度和塑、 韌性，更適合制作大型結(jié)構(gòu)和滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)多樣化的需求。因此，研究開(kāi)發(fā)新型高性能變形鎂合 金就具有重要意義。
[0004] 目前，提高鎂合金綜合性能的主要方法是添加合金元素。常用的合金元素有Zn, Al, RE等。通過(guò)添加 Zn和A1，形成AZ系變形鎂合金，該系列鎂合金主要在常溫下使用，綜 合性能不夠理想，不能滿(mǎn)足將鎂合金擴(kuò)大到更廣泛的工業(yè)領(lǐng)域的要求；通過(guò)添加稀土元素， 如ZK系，Mg-Gd-Y-Zn-Zr系，該系列鎂合金具有良好的室溫和高溫性能，但由于該合金成本 較高，大大限制了應(yīng)用范圍。并且，上述鎂合金體系，大部分是在棒材的情況下，綜合性能較 為優(yōu)良，而在板材的情況下，綜合性能并不理想。然而，為滿(mǎn)足未來(lái)市場(chǎng)多樣化的需求，研究 開(kāi)發(fā)新型變形鎂合金板材就具有重要意義。
[0005] 綜上所述，變形鎂合金材料是一種極具發(fā)展前景的金屬材料，但是現(xiàn)在已經(jīng)開(kāi)發(fā) 出來(lái)的鎂合金也有一些不足之處，例如：合金體系中含有一些稀土元素，大大提高了成本。 然而，鎂合金的發(fā)展方向是顯著降低成本和提高綜合性能，以促進(jìn)鎂合金的大量工業(yè)應(yīng)用。 因此，發(fā)展一種低成本且具有良好綜合性能的變形鎂合金來(lái)促進(jìn)我國(guó)鎂合金大規(guī)模的生產(chǎn) 工業(yè)化應(yīng)用具有重要意義。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種高強(qiáng)度高塑性Mg-Zn-Al-Sn鎂合金。
[0007] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：
[0008] -種高強(qiáng)度高塑性Mg-Zn-Al-Sn鎂合金，按質(zhì)量計(jì)該鎂合金由以下組分組成：Sn : 0· 5%?2· 0%，Ζη :3· 0%?6· 0%，A1 :1· 0%?3. 0%，其余為 Mg ;其屈服強(qiáng)度大于 130Mpa， 抗拉強(qiáng)度大于260Mpa，延伸率大于17%。
[0009] 作為本發(fā)明的優(yōu)選，所述鎂合金由以下步驟制得：
[0010] 1)冶煉鑄造：按所述配比選取原材料并冶煉鑄造得到Mg-Zn-Al-Sn合金鑄錠； [0011] 2)熱擠壓：首先將步驟1)的鑄錠于250?350°C預(yù)熱1?2h，然后加入擠壓機(jī) 擠壓成為板材，擠壓過(guò)程中擠壓筒溫度為250?350°C，擠壓比為5:1?20:1，擠壓速度為 15?25mm/s，最后空冷得到擠壓板材；
[0012] 3)熱處理：首先將鎂合金板材在290?310°C保溫4?6h，然后在330?350°C保 溫24?28h，最后在150°C?230°C下時(shí)效5?50h，空冷至室溫。
[0013] 作為本發(fā)明的優(yōu)選，熱擠壓前還包括均勻化處理步驟：首先在鎂合金鑄錠外包覆 石墨，然后在330?340°C保溫5?10h，最后在400?440°C保溫15?20h后空冷。
[0014] 作為本發(fā)明的優(yōu)選，步驟1)首先將純鎂、純鋅、純鋁在150?250°C下預(yù)熱30? 90min，將純錫在100?20(TC下預(yù)熱30?60min ;然后在氣氛保護(hù)下將工業(yè)純鎂加熱到 700?720°C并依此加入預(yù)熱的純鋅、純鋁及純錫；接著升溫至730?750°C保溫20? 30min，并攪拌使其成分均勻化；最后靜置20?30min，待降溫至690?720°C后在氣氛保護(hù) 下澆鑄到250?350°C的模具，得到鎂合金鑄錠。
[0015] 本發(fā)明的有益效果在于：
[0016] 本發(fā)明的鎂合金中含 Zn 3.0%?6.0%，All. 0%?3.0%，Sn 0.5%?3.0%，力口 入鋅具有固溶強(qiáng)化和時(shí)效強(qiáng)化的雙重強(qiáng)化效果，加入鋁可改善合金的鑄造性能，加入錫可 提高合金塑形，并與鎂生成Mg 2Sn相，改善合金的高溫性能，通過(guò)優(yōu)化鋅與鋁的比例，可引入 Mg32 (AVZn)49高溫強(qiáng)化相，提高合金的高溫性能；本發(fā)明擠壓后的鎂合金采用雙級(jí)固溶+單 級(jí)時(shí)效方式進(jìn)行熱處理，可以促進(jìn)Mg-Zn相和Mg 2Sn相的析出，通過(guò)第二相強(qiáng)化和固溶強(qiáng)化 提高合金的綜合力學(xué)性能，經(jīng)過(guò)熱處理后，其室溫抗拉抗拉強(qiáng)度有望達(dá)到290MPa，其延伸率 達(dá)到27%以上。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果更加清楚，本發(fā)明提供如下附圖進(jìn)行 說(shuō)明：
[0018] 圖1是實(shí)施例1擠壓態(tài)鎂合金的金相組織照片；
[0019] 圖2是實(shí)施例2擠壓態(tài)鎂合金的金相組織照片；
[0020] 圖3是實(shí)施例3擠壓態(tài)鎂合金的金相組織照片；
[0021] 圖4是對(duì)比實(shí)施例1擠壓態(tài)鎂合金的金相組織照片。

【具體實(shí)施方式】
[0022] 下面將結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。
[0023] 實(shí)施例1 :
[0024] 本實(shí)施例高強(qiáng)度高塑性Mg-Zn-Al-Sn鎂合金，按質(zhì)量計(jì)含Zn 4%，Al 1.5%，Sn 2%，其余為鎂及不可避免的雜質(zhì)；其制備方法如下：
[0025] 1、合金冶煉與鑄造：首先按上述配比選擇工業(yè)純鋅、工業(yè)純鋁、工業(yè)純錫和工業(yè)純 鎂，然后將坩堝、純鎂、純鋅、純鋁在150?250°C下預(yù)熱30?90min，將純錫在100?200°C 下預(yù)熱30?60min，將工業(yè)純鎂加入坩堝并加熱至700?720°C使其全部熔化；然后將預(yù) 熱的工業(yè)純鋅、工業(yè)純鋁及工業(yè)純錫加入坩堝中并升溫至730?750°C保溫20?30min使 其完全熔化；接著攪拌合金熔液2?3min至其成份均勻后保溫靜置20?30min ;最后于 690?720°C，在CO2和SF6混合氣體保護(hù)下澆鑄至預(yù)熱到250?350°C的鐵模中，得到鎂合 金鑄錠。
[0026] 2、均勻化處理：首先利用石墨覆蓋上述鎂合金鑄錠，然后將鎂合金加熱至330? 340°C保溫5?10h，接著將該鑄錠加熱至400?440°C，保溫15?20h并空冷完成均勻化。
[0027] 3、機(jī)加工：根據(jù)擠壓機(jī)擠壓筒的尺寸對(duì)上述均勻化的鎂合金鑄錠鋸切、車(chē)皮至合 適尺寸。
[0028] 4、熱擠壓加工：首先將鑄錠加熱至250?350°C下預(yù)熱1?2h，將擠壓筒加熱至 250?350°C，然后利用擠壓機(jī)擠壓所述鎂合金鑄錠；擠壓過(guò)程中擠壓比為10 :1，擠壓速度 為15?25mm/s，擠壓后空冷至室溫，本步驟擠壓所得鎂合金板材的規(guī)格為125_X8mm。本 實(shí)施例具體的擠壓參數(shù)如表1所示：
[0029] 表1各實(shí)施例主要擠壓參數(shù)
[0031] 5、熱處理：首先將擠壓板材置于290

【權(quán)利要求】
1. 一種高強(qiáng)度高塑性Mg-Zn-Al-Sn鎂合金，其特征在于：按質(zhì)量計(jì)該鎂合金由以下組 分組成：Sn :0? 5%?2. 0%，Zn :3. 0%?6. 0%，A1 :1. 0%?3. 0%，其余為Mg ;其屈服強(qiáng)度 大于130Mpa，抗拉強(qiáng)度大于260Mpa，延伸率大于17%。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述高強(qiáng)度高塑性Mg-Zn-Al-Sn鎂合金，其特征在于：所述鎂合金 由以下步驟制得： 1) 冶煉鑄造：按所述配比選取原材料并冶煉鑄造得到Mg-Zn-Al-Sn合金鑄錠； 2) 熱擠壓：首先將步驟1)的鑄錠于250?350°C預(yù)熱1?2h，然后加入擠壓機(jī)擠壓成 為板材，擠壓過(guò)程中擠壓筒溫度為250?350°C，擠壓比為5:1?20:1，擠壓速度為15? 25mm/s，最后空冷得到擠壓板材； 3) 熱處理：首先將鎂合金板材在290?3KTC保溫4?6h，然后在330?350°C保溫 24?28h，最后在150°C?230°C下時(shí)效5?50h，空冷至室溫。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述高強(qiáng)度高塑性Mg-Zn-Al-Sn鎂合金，其特征在于：熱擠壓前還 包括均勻化處理步驟：首先在鎂合金鑄錠外包覆石墨，然后在330?340°C保溫5?10h，最 后在400?440°C保溫15?20h后空冷。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述高強(qiáng)度高塑性Mg-Zn-Al-Sn鎂合金，其特征在于：步驟1)首先 將純鎂、純鋅、純鋁在150?250°C下預(yù)熱30?90min，將純錫在100?200°C下預(yù)熱30? 60min ;然后在氣氛保護(hù)下將工業(yè)純鎂加熱到700?720°C并依此加入預(yù)熱的純鋅、純鋁及 純錫；接著升溫至730?750°C保溫20?30min，并攪拌使其成分均勻化；最后靜置20? 30min，待降溫至690?720°C后在氣氛保護(hù)下澆鑄到250?350°C的模具，得到鎂合金鑄 錠。
【文檔編號(hào)】C22F1/06GK104388786SQ201410704554
【公開(kāi)日】2015年3月4日 申請(qǐng)日期:2014年11月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月27日
【發(fā)明者】陳先華, 王博, 潘復(fù)生 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)